الذي حرك جزيئتي

وكيف قرر أين سينتقل؟

يعرف لاعبو الفريسبي أن "السر" في اللوحة الطائرة المتجهة مباشرة إلى زوج الأيدي المنتظرة في الاتجاه المعاكس هو تدويرها بالزاوية المناسبة. استخدم البروفيسور إيليا أبيربوخ وطالب البحث إيريز غيرشنفال، من قسم الفيزياء الكيميائية في كلية الكيمياء، مبدأً مشابهًا في عملهم مع الجزيئات التي تدور في المجالات الكهربائية والمغناطيسية. وقد تفتح أبحاثهم النظرية الطريق أمام تطبيقات مختلفة في العديد من المجالات، مثل تكنولوجيا النانو والبصريات والكيمياء وغيرها. من حيث المبدأ، فإن اللعب بالذرات أو الجزيئات الموضوعة في مجالات موحدة في الفضاء يجب أن يكون مملًا للغاية: مثل هذه الجسيمات المحايدة لا تلاحظ ولا تتفاعل عندما يتم تطبيق مجال كهربائي أو مغناطيسي عليها، أو عندما يتم توجيه ليزر موحد إليها. سيتم تسريع الجسيم المشحون، مثل الإلكترون، بواسطة هذه المجالات، لكن الذرة أو الجزيء، الذي يبلغ إجمالي شحنته الكهربائية صفرًا، سيبقى في حالة سكون أو يستمر في الحركة بسرعة ثابتة في طريقه من هنا إلى مكان ما. هذا لا يعني أن الجسيمات المحايدة ليست حساسة للمجال المحيط بها: تحت تأثير المجال تصبح قطبية، ويتم فصل شحناتها الكهربائية - تنتقل الشحنات الموجبة إلى أحد جانبي الجسيم، والسالبة إلى الجانب الآخر. الأمر هو أن القوى التي تعمل على هذه الشحنات توازن بعضها البعض، وفي الواقع تلغي تأثير بعضها البعض. وفي كلتا الحالتين، في النهاية، لا تشعر هذه الذرات والجزيئات بأي رغبة و"لا تشعر بالحاجة إلى الذهاب إلى أي مكان".

لم يحرز العديد من العلماء تقدمًا كبيرًا في محاولاتهم لتحريك الذرات المحايدة. تتضمن التقنية المطورة في هذا المجال إنتاج مجال غير منتظم حيث تكون القوة على أحد جانبي الذرة المستقطبة أقوى من القوة الموجودة على الجانب الآخر. القوة الأقوى تملي الاتجاه - وتتحرك الذرة المحايدة. تشبه معظم الذرات "كرة قدم" مستديرة، ويمكن أن يحدث الاستقطاب في أي اتجاه. ولكن حتى أبسط الجزيئات، مثل جزيئات الهيدروجين، تتميز ببنية غير مستديرة. الهيدروجين، على سبيل المثال، يبدو أشبه بالحديد المستخدم في الجمباز. تفصل الجزيئات القطبية شحناتها إلى طرفي "الوزن"، وبالتالي فإن الجزيء الذي يقف بشكل متعامد مع المجال سوف يتأثر بشكل مختلف عن الجزيء المماثل الموازي له. لقد أدرك البروفيسور أبيربوخ وإيريز غيرشينفال أنه، كما هو الحال في لعبة الفريسبي، يجب أن يلعب اتجاه محور الجزيء ودورانه دورًا في لعبة تحريك الجزيئات.

وفي بحثهم النظري، تمكن العلماء من جعل الجزيئات تدور حول أي محور اختاروه، وذلك باستخدام "ركلات" دقيقة من نبضات ليزر قصيرة جدًا. ثم ضع هذه الجزيئات في المجال غير المستوي - ودعها تشعر بالقوة.

لقد قامت الجزيئات بتسريع حركتها في الميدان، لكن العلماء وجدوا أنها تستطيع التحكم بدقة كبيرة في اتجاه ومعدل حركاتها. يقول البروفيسور أبيربوخ: "هذه الجزيئات الدوارة، التي يمكن أن تكون مستقطبة، تعمل مثل الجيروسكوبات الصغيرة". "إن التحكم في محاور الدوران يسمح لنا بتوجيهها إلى أي مكان نريده بالضبط. لقد استخدمنا الليزر كمصدر للمجال، ولكن نفس المبدأ سيعمل في المجالات الكهربائية أو المغناطيسية الساكنة."

قد تمهد هذه النتائج الطريق لتطوير العديد من التطبيقات، وقد اهتمت مجموعات البحث العلمي المختلفة بهذه الطريقة بالفعل. أحد الاحتمالات هو تطوير البصريات الجزيئية، والتي من شأنها أن تعمل وفقًا لقواعد مشابهة لقواعد المجهر الإلكتروني أو البصريات الذرية. قد تشكل هذه البصريات الأساس لتقنيات التصوير الجديدة. في مجال تكنولوجيا النانو، يمكن استخدام هذه الطريقة لتركيز حزم الجزيئات الدوامة على أهداف محددة، وبهذه الطريقة يتم التحكم في عملية ترسيب الجزيئات على السطح.